[发明专利]使用广谱纳米颗粒实现基因组检测

说明书

本发明涉及使用广谱富集技术和单细胞测序技术实现癌症、传染病和自身免疫性疾病等各种疾病早期检测和预防的方法、合成物和器械。本发明还提供一种使用血小板膜包覆纳米颗粒(PNP)和单细胞RNA测序(scRNA‑seq)技术检测循环肿瘤细胞(CTC)的方法示例。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年4月30日提交的第62/841,009号美国临时申请的优先权和权益，所述第62/841,009号美国临时申请通过本发明的引用，成为本发明的一部分。

技术领域

本专利文件涉及使用广谱富集技术和单细胞测序技术有效、准确地检测癌症、传染病和自身免疫性疾病等各种疾病。特别是，可使用本发明所公开的技术检测和鉴定循环肿瘤细胞(CTC)。

背景技术

由于CTC非常罕见(100万个血细胞中只存在1-10个循环肿瘤细胞)，因此极难捕获，这是一个主要的CTC临床应用障碍。已开发出多种CTC富集方法，主要将这些方法分为两类。第一类方法利用CTC的变形性、密度、细胞表面电荷和大小等生物物理特性。但是，由于血液中不同细胞的可变性，所述方法的特异性通常较低。第二类方法则利用了CTC表面标志物的阳性或阴性免疫亲和选择策略。阳性选择策略依靠特异性表面蛋白，如在CellSearch(一种经FDA批准的CTC富集技术)中使用的EpCAM，这种技术需要事先知晓癌症类型。例如，在CTC的上皮-间质转化(EMT)过程中，以及在丢失上皮标志物时，阳性选择方法还会遇到癌细胞异质性问题，这会导致假阴性结果。阴性选择策略旨在去除大量的红细胞、白细胞和血小板。阴性选择方法不会产生偏差，但是可能会在血流中保留上皮细胞等非CTC循环细胞，这会导致假阳性。

发明内容

本专利文件提供了一种采用纳米颗粒富集技术有效、灵敏地检测CTC及其他生物学对象的新方法，所述技术克服了现有富集方法的局限性。

一方面，本专利文件提供了生物样本中靶向对象的广泛、无偏差富集方法，包括使生物样本接触纳米颗粒，所述纳米颗粒外包覆有与靶向对象具有结合亲和性的细胞膜。在一些实施例中，所述靶向对象为CTC，所述纳米颗粒为血小板膜包覆纳米颗粒(PNP)。

另一方面，本专利文件提供了靶细胞的广泛富集和基因识别方法，包括使用细胞膜包覆纳米颗粒富集靶细胞，以及对富集靶细胞进行单细胞测序。在一些实施例中，所述靶向对象为PNP富集CTC。在其他实施例中，所述单细胞测序为单细胞RNA测序(scRNA-seq)。

另一方面，本专利文件提供了生物样本中CTC癌症类型或亚型的识别方法，包括对PNP富集CTC进行单细胞RNA测序(scRNA-seq)，以及比较单细胞RNA测序(scRNA-seq)结果和多种基因(其表达谱与不同癌症类型或亚型有关)。

附图说明

图1A-1F显示了PNP的制备和表征情况。

图2显示了PNP在广谱癌细胞上的粘附情况。

图3显示了PNP从白细胞体外混合物中富集癌细胞的情况。

图4显示了PNP从肿瘤异种移植物中富集癌细胞的情况。

图5A-5C显示了使用三重证明基因实现的诊断及预后分析情况。

图6A-6H显示了Heracles框架。

图7A-7B显示了癌症患者血液样本中癌细胞的富集情况。

图8A-8B显示了加标分析情况。

具体实施方式

在生物学上，为了躲避免疫细胞的攻击，并减少肿瘤细胞凋亡和循环中所经历的剪切应力，CTC在表面上会吸附血小板。CTC与血小板的相互作用对CTC在血流中的存活至关重要。因此，血小板膜嵌有能够识别任何癌症类型非特异性CTC的受体，这使血小板膜成为所有癌症类型CTC的天然通用捕获探针。